ON THE APPLICATION OF TERAHERTZ RADIATION IN VARIOUS FIELDS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Subject and Purpose. The terahertz (THz) wave range possesses many specific properties that make it attractive for fundamental and applied research in astrophysics, radar, security system development, plasma property investigation, gas spectroscopy, biology, and medicine. Due to its low quantum ener...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1463 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Radio physics and radio astronomy |
Репозитарії
Radio physics and radio astronomy| id |
rpra-journalorgua-article-1463 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-03-23T08:42:51Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
generator receiver frequency multiplier radio vision submillimeter range terahertz range sensitive element |
| spellingShingle |
generator receiver frequency multiplier radio vision submillimeter range terahertz range sensitive element Karushkin, M. F. Rukyn, V. P. ON THE APPLICATION OF TERAHERTZ RADIATION IN VARIOUS FIELDS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
| topic_facet |
generator receiver frequency multiplier radio vision submillimeter range terahertz range sensitive element генератор приймач помножувач частоти радіобачення субміліметровий діапазон терагерцевий діапазон чутливий елемент |
| format |
Article |
| author |
Karushkin, M. F. Rukyn, V. P. |
| author_facet |
Karushkin, M. F. Rukyn, V. P. |
| author_sort |
Karushkin, M. F. |
| title |
ON THE APPLICATION OF TERAHERTZ RADIATION IN VARIOUS FIELDS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
| title_short |
ON THE APPLICATION OF TERAHERTZ RADIATION IN VARIOUS FIELDS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
| title_full |
ON THE APPLICATION OF TERAHERTZ RADIATION IN VARIOUS FIELDS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
| title_fullStr |
ON THE APPLICATION OF TERAHERTZ RADIATION IN VARIOUS FIELDS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
| title_full_unstemmed |
ON THE APPLICATION OF TERAHERTZ RADIATION IN VARIOUS FIELDS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
| title_sort |
on the application of terahertz radiation in various fields of science and technology |
| title_alt |
ПРО ЗАСТОСУВАННЯ ТЕРАГЕРЦЕВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ В РІЗНИХ ГАЛУЗЯХ НАУКИ ТА ТЕХНІКИ |
| description |
Subject and Purpose. The terahertz (THz) wave range possesses many specific properties that make it attractive for fundamental and applied research in astrophysics, radar, security system development, plasma property investigation, gas spectroscopy, biology, and medicine. Due to its low quantum energy, THz radiation is safe for living organisms and can be used to detect pathologies and foreign bodies. The THz range encompasses lines of rotational transitions of molecules, including organic ones, which opens up fresh opportunities for their study and selective manipulation. Broadband coherent pulses of THz radiation are employed to determine the characteristic spectral features of various molecules, forming the basis of new methods for detecting and identifying hazardous chemicals and quality assessment of food and agricultural products.Methods and Methodology. The specifications for receiving devices and sensitive components used in the radiation detection and measurement are outlined, including details on constructing matrix-type receiving devices for radio vision systems. The authors also review the results of their research related to the development of radiation sources. Additionally, the current advancements in THz-band technology are reported. This work aims to identify specific applications of THz radiation across various fields, including biological research and medicine.Results. Advancements in THz radiation technology are largely influenced by the advent of simple and cheap semiconductor sources and receivers in the range. The authors solved the problem of creating highly stable and coherent sources for THz radiation using high-multiplicity radio pulse frequency conversion on silicon avalanche structures. The high efficiency of frequency multiplication from such devices is mainly determined by the amplification mechanism in the current pulse through the diode structure and the phase synchronization of microwave oscillations by periodic-sequence harmonics of current pulses. To reduce the radiation source loss, the oscillatory system that contains a semiconductor active component employs open-type radial lines.Conclusions. The paper shows that the further development of THz technology primarily depends on the current capabilities of radiation sources and receivers with improved characteristics. In particular, the developed generators and frequency multipliers based on avalanche diodes operate in the frequency range 100 to 350 GHz with a power output of 10 to 30 W.Key words: generator, receiver, frequency multiplier, radio vision, submillimeter range, terahertz range, sensitive elementManuscript submitted 22.10.2023Radio phys. radio astron. 2025, 30(1): 051-064REFERENCES1. Andrey, D., Grigoriev, A.D., 2020. Terahertz Electronics. Cambridge Scholars.2. Taylor, Z., Singh, R.S., Bennett, D.B., Tewari, P., Kealey, C., Bajwa, N., Culjat, M.O., Stojadinovic, A., Lee, H., Hubschman, J.-P., Brown, E., Grundfest, W.S., 2011. THz medical imaging: in vivo hydration sensing. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 1(1), pp. 201—219. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2011.21595513. Ajito, K., Ueno, Y., 2011. THz chemical imaging for biological applications. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 1(1), pp. 293—300. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2011.21595624. Karushkin, M.F., 2011. Possibilities of using terahertz range of radio waves. In: Materials of scientific and technical conference "Problems of telecommunications". Kyiv: NTUU KPI Publ., pp. 23—27.5. Schlecht, E., Maiwald, F., Chattopadhyay, G., Martin, S., Mehdi, I., 2001. Design considerations for heavily-doped cryogenic Schottky diode varactor multipliers. In: Proc. 12th Int. Symp. Space Terahertz Technology. San Diego, USA, pp. 485—494.6. Chattopadhyay, G., 2011. Technology, capability, and performance of low power terahertz sources. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 1(1), pp. 33—53. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2011.21595617. Karushkin, M.F., 2002. Solid-state devices and components of the millimeter wavelength range. Appl. Radio Electron., 1(1), pp. 77—81.8. Rolland, P.A., Waterkowski, J.L., Constant, E., Salmer, G., 1976. New model of operation for avalanche diodes: frequency multiplication and conversion. IEEE Trans. MTT, 11, pp. 768—775. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.1976.11289589. State Enterprise "Orion". Kyiv. Ukraine. Available from: http://www.orion.org.ua10. Karushkin, M.F., 2018. Millimeter-range frequency multipliers based on semiconductor diode structures. Technology and design in electronic equipment, 3, pp. 22—37. DOI: https://doi.org/10.15222/TKEA2018.3.2211. Karasik, B.S., Sergeev, A.V., Prober, D.E., 2011. Nanobolometers for THz photon detection. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 1(1), pp. 97—111. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2011.215956012. Insight Product Co. Terahertz Hot Electron Bolometer Detectors from 0.3 to 150 THz. 2011. Available from: http://www.insight-product.com/detect3.htm13. Sizov, F.F., Apatska, M.V., Gumenyuk-Sychivska, Zh.V., 2011. Multi-element terahertz radiation receivers based on CdH-gTe. Appl. Phys., 3, pp. 61—66.14. Reck, T.J., Jung-Kubiak, C., Gill, J., Chattopadhyay, G., 2014. Measurement of silicon micro machined waveguide components at 500—750 GHz. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 4(1), pp. 33—48. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2013.228253415. Fitzgerald, A.J., Wallace, V.P., Jimenez-Linan, M., Bobrow, L., Pye, R.J., Purushotham, A.D., Arnone, D.D., 2006. Terahertz pulsed imaging of human breast tumors. Radiology, 239(2), pp. 533—540. DOI: https://doi.org/10.1148/radiol.239204131516. Saviz, M., Spathmann, O., Streckert, J., Hansen, V., Clemens, M., Faraji-Dana, R., 2013. Theoretical estimation of safety thresholds for terahertz exposure of surface tissues. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 3(5), pp. 635—640. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2013.226432717. Mittlemon, D. ed., 2003. THz imaging in sensing wish THz radiation. Berlin, Germany: Springer-Verlag., pp. 117—153. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-45601-818. Woodward, R.M., Wallace, V.P., Cole, B.E., Pye, R.J., Arnone, D.D., Linfield, E.H., Pepper, M., 2002. Terahertz pulse imaging in reflection geometry of skin tissue using time domain analysis techniques. Proc SPIE, Int. Soc. Opt. Eng., 4625, pp. 160—169. DOI: https://doi.org/10.1117/12.46978519. Fitzgerald, A.J., Berry, E., Zinov’ev, N.N., Homer-Vanniasinkam, S., Miles, R.E., Chamberlain, J.M., and Smith, M.A., 2003. Catalogue of human reissue optical properties at terahertz frequencies. J. Biol. Phys., 29(2—3), pp. 123—128. DOI: https://doi.org/10.1023/A:102442840621820. Sirotkina, M.A., Shirmanova, M.V., Bugrova, M.L., Elagin, V.V., Agrba, P.A., Kirillin, M.Yu., Kamensky, V.A., Zagaynova, E.V., 2011. Continuous optical coherence tomography monitoring of nanoportieles accumulation in biological tissues. J. Nanopart. Res., 13(1), pp. 283—291. DOI: https://doi.org/10.1007/s11051-010-0028-x21. Son, J., 2009. THz electromagnetic interactions with biological matter and their applications. J. Appl. Phys., 105(10), id. 102033. DOI: https://doi.org/10.1063/1.311614022. Vegesna, S., Zhu, Y., Bernussi, A., Saed, M., 2012. Terahertz two-layer frequency selective surfaces with improved transmission characteristics. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 2(4), pp. 441—448. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2012.220203523. Ajito, K., Kim, J.-Y., Ueno, Y., Song, H.-J., Ueda, K., Limwikrant, W., Yamamoto, K., and Moribe, K., 2014. Nondestructive Multicomponent THz Chemical imaging of Medicine in Tablets. J. Electrochem. Soc., 161(9), pp. B171—B175. DOI: https://doi.org/10.1149/2.0201409jes24. Fedorov, V.I., Serdyukov, D.S., Cherkasova, O.P., Popova, S.S., and Nemova, E.F., 2017. The influence of terahertz radiation on the cell’s genetic apparatus. J. Opt. Technol., 84(8), pp. 509—514. DOI: https://doi.org/10.1364/JOT.84.00050925. Meng, K., Chen, T.-N., Chen, T., Zhu, L.-G., Liu, Q., Li, Z., Li, F., Zhong, S.-C., Li, Z.-R., Feng, H., and Zhao, J.-H., 2014. THz pulsed spectroscopy of paraffin embedded brain glioma. J. Biomed. Opt., 19(7), id. 077001. DOI: https://doi.org/10.1117/1.JBO.19.7.07700126. Zubkov, A.N., 2005. Millimeter-range radio vision systems. University Bulletin. Radioelectronics, 48(9), pp. 3—16.27. Honcharuk, N.M., Karushkin, M.F., Malyshko, V.V., Orikhovsky, V.A., 2013. Gallium nitride diode with tunnel injection. Radiophys. Electron., 4(18)(3), pp. 69—78.28. Oh, S.J., Kang, J., Maeng, I., Suh, J.-S., Huh, Y.-M., Haam, S., Son,J.-H., 2009. Nanoparticle enabled-THz imaging for cancer diagnosis. Opt. Express., 17(5), pp. 3469—3475. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.17.00346929. Betsky, O.V., Kyslov, V.V., Kozmin, A.S., Krenitsky, A.P., Maiborodin, A.V., Tupikin, V.D., 2007. Terahertz waves and their applications. In: 17th Int. Crimean Conf. Microwave & Telecommunication Technology (CriMiCo 2007). Sevastopol, Crimea, Ukraine, 10—14 Sept. 2007. Sevastopol: Veber Publ., pp. 771—773. DOI: https://doi.org/10.1109/CRMICO.2007.436893630. Oh, S.J., Choi, J., Maeng, I., Park, J.Y., Lee, K., Huh, Y.M., Suh, J.S., Haam, S., & Son, J.H., 2011. Molecular imaging with THz waves. Opt. Express., 19(5), pp. 4009—4016. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.19.004009 |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2025 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1463 |
| work_keys_str_mv |
AT karushkinmf ontheapplicationofterahertzradiationinvariousfieldsofscienceandtechnology AT rukynvp ontheapplicationofterahertzradiationinvariousfieldsofscienceandtechnology AT karushkinmf prozastosuvannâteragercevogovipromínûvannâvríznihgaluzâhnaukitatehníki AT rukynvp prozastosuvannâteragercevogovipromínûvannâvríznihgaluzâhnaukitatehníki |
| first_indexed |
2025-12-02T15:28:30Z |
| last_indexed |
2025-12-02T15:28:30Z |
| _version_ |
1851757483453841408 |
| spelling |
rpra-journalorgua-article-14632025-03-23T08:42:51Z ON THE APPLICATION OF TERAHERTZ RADIATION IN VARIOUS FIELDS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY ПРО ЗАСТОСУВАННЯ ТЕРАГЕРЦЕВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ В РІЗНИХ ГАЛУЗЯХ НАУКИ ТА ТЕХНІКИ Karushkin, M. F. Rukyn, V. P. generator; receiver; frequency multiplier; radio vision; submillimeter range; terahertz range; sensitive element генератор; приймач; помножувач частоти; радіобачення; субміліметровий діапазон; терагерцевий діапазон; чутливий елемент Subject and Purpose. The terahertz (THz) wave range possesses many specific properties that make it attractive for fundamental and applied research in astrophysics, radar, security system development, plasma property investigation, gas spectroscopy, biology, and medicine. Due to its low quantum energy, THz radiation is safe for living organisms and can be used to detect pathologies and foreign bodies. The THz range encompasses lines of rotational transitions of molecules, including organic ones, which opens up fresh opportunities for their study and selective manipulation. Broadband coherent pulses of THz radiation are employed to determine the characteristic spectral features of various molecules, forming the basis of new methods for detecting and identifying hazardous chemicals and quality assessment of food and agricultural products.Methods and Methodology. The specifications for receiving devices and sensitive components used in the radiation detection and measurement are outlined, including details on constructing matrix-type receiving devices for radio vision systems. The authors also review the results of their research related to the development of radiation sources. Additionally, the current advancements in THz-band technology are reported. This work aims to identify specific applications of THz radiation across various fields, including biological research and medicine.Results. Advancements in THz radiation technology are largely influenced by the advent of simple and cheap semiconductor sources and receivers in the range. The authors solved the problem of creating highly stable and coherent sources for THz radiation using high-multiplicity radio pulse frequency conversion on silicon avalanche structures. The high efficiency of frequency multiplication from such devices is mainly determined by the amplification mechanism in the current pulse through the diode structure and the phase synchronization of microwave oscillations by periodic-sequence harmonics of current pulses. To reduce the radiation source loss, the oscillatory system that contains a semiconductor active component employs open-type radial lines.Conclusions. The paper shows that the further development of THz technology primarily depends on the current capabilities of radiation sources and receivers with improved characteristics. In particular, the developed generators and frequency multipliers based on avalanche diodes operate in the frequency range 100 to 350 GHz with a power output of 10 to 30 W.Key words: generator, receiver, frequency multiplier, radio vision, submillimeter range, terahertz range, sensitive elementManuscript submitted 22.10.2023Radio phys. radio astron. 2025, 30(1): 051-064REFERENCES1. Andrey, D., Grigoriev, A.D., 2020. Terahertz Electronics. Cambridge Scholars.2. Taylor, Z., Singh, R.S., Bennett, D.B., Tewari, P., Kealey, C., Bajwa, N., Culjat, M.O., Stojadinovic, A., Lee, H., Hubschman, J.-P., Brown, E., Grundfest, W.S., 2011. THz medical imaging: in vivo hydration sensing. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 1(1), pp. 201—219. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2011.21595513. Ajito, K., Ueno, Y., 2011. THz chemical imaging for biological applications. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 1(1), pp. 293—300. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2011.21595624. Karushkin, M.F., 2011. Possibilities of using terahertz range of radio waves. In: Materials of scientific and technical conference "Problems of telecommunications". Kyiv: NTUU KPI Publ., pp. 23—27.5. Schlecht, E., Maiwald, F., Chattopadhyay, G., Martin, S., Mehdi, I., 2001. Design considerations for heavily-doped cryogenic Schottky diode varactor multipliers. In: Proc. 12th Int. Symp. Space Terahertz Technology. San Diego, USA, pp. 485—494.6. Chattopadhyay, G., 2011. Technology, capability, and performance of low power terahertz sources. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 1(1), pp. 33—53. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2011.21595617. Karushkin, M.F., 2002. Solid-state devices and components of the millimeter wavelength range. Appl. Radio Electron., 1(1), pp. 77—81.8. Rolland, P.A., Waterkowski, J.L., Constant, E., Salmer, G., 1976. New model of operation for avalanche diodes: frequency multiplication and conversion. IEEE Trans. MTT, 11, pp. 768—775. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.1976.11289589. State Enterprise "Orion". Kyiv. Ukraine. Available from: http://www.orion.org.ua10. Karushkin, M.F., 2018. Millimeter-range frequency multipliers based on semiconductor diode structures. Technology and design in electronic equipment, 3, pp. 22—37. DOI: https://doi.org/10.15222/TKEA2018.3.2211. Karasik, B.S., Sergeev, A.V., Prober, D.E., 2011. Nanobolometers for THz photon detection. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 1(1), pp. 97—111. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2011.215956012. Insight Product Co. Terahertz Hot Electron Bolometer Detectors from 0.3 to 150 THz. 2011. Available from: http://www.insight-product.com/detect3.htm13. Sizov, F.F., Apatska, M.V., Gumenyuk-Sychivska, Zh.V., 2011. Multi-element terahertz radiation receivers based on CdH-gTe. Appl. Phys., 3, pp. 61—66.14. Reck, T.J., Jung-Kubiak, C., Gill, J., Chattopadhyay, G., 2014. Measurement of silicon micro machined waveguide components at 500—750 GHz. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 4(1), pp. 33—48. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2013.228253415. Fitzgerald, A.J., Wallace, V.P., Jimenez-Linan, M., Bobrow, L., Pye, R.J., Purushotham, A.D., Arnone, D.D., 2006. Terahertz pulsed imaging of human breast tumors. Radiology, 239(2), pp. 533—540. DOI: https://doi.org/10.1148/radiol.239204131516. Saviz, M., Spathmann, O., Streckert, J., Hansen, V., Clemens, M., Faraji-Dana, R., 2013. Theoretical estimation of safety thresholds for terahertz exposure of surface tissues. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 3(5), pp. 635—640. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2013.226432717. Mittlemon, D. ed., 2003. THz imaging in sensing wish THz radiation. Berlin, Germany: Springer-Verlag., pp. 117—153. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-45601-818. Woodward, R.M., Wallace, V.P., Cole, B.E., Pye, R.J., Arnone, D.D., Linfield, E.H., Pepper, M., 2002. Terahertz pulse imaging in reflection geometry of skin tissue using time domain analysis techniques. Proc SPIE, Int. Soc. Opt. Eng., 4625, pp. 160—169. DOI: https://doi.org/10.1117/12.46978519. Fitzgerald, A.J., Berry, E., Zinov’ev, N.N., Homer-Vanniasinkam, S., Miles, R.E., Chamberlain, J.M., and Smith, M.A., 2003. Catalogue of human reissue optical properties at terahertz frequencies. J. Biol. Phys., 29(2—3), pp. 123—128. DOI: https://doi.org/10.1023/A:102442840621820. Sirotkina, M.A., Shirmanova, M.V., Bugrova, M.L., Elagin, V.V., Agrba, P.A., Kirillin, M.Yu., Kamensky, V.A., Zagaynova, E.V., 2011. Continuous optical coherence tomography monitoring of nanoportieles accumulation in biological tissues. J. Nanopart. Res., 13(1), pp. 283—291. DOI: https://doi.org/10.1007/s11051-010-0028-x21. Son, J., 2009. THz electromagnetic interactions with biological matter and their applications. J. Appl. Phys., 105(10), id. 102033. DOI: https://doi.org/10.1063/1.311614022. Vegesna, S., Zhu, Y., Bernussi, A., Saed, M., 2012. Terahertz two-layer frequency selective surfaces with improved transmission characteristics. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 2(4), pp. 441—448. DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2012.220203523. Ajito, K., Kim, J.-Y., Ueno, Y., Song, H.-J., Ueda, K., Limwikrant, W., Yamamoto, K., and Moribe, K., 2014. Nondestructive Multicomponent THz Chemical imaging of Medicine in Tablets. J. Electrochem. Soc., 161(9), pp. B171—B175. DOI: https://doi.org/10.1149/2.0201409jes24. Fedorov, V.I., Serdyukov, D.S., Cherkasova, O.P., Popova, S.S., and Nemova, E.F., 2017. The influence of terahertz radiation on the cell’s genetic apparatus. J. Opt. Technol., 84(8), pp. 509—514. DOI: https://doi.org/10.1364/JOT.84.00050925. Meng, K., Chen, T.-N., Chen, T., Zhu, L.-G., Liu, Q., Li, Z., Li, F., Zhong, S.-C., Li, Z.-R., Feng, H., and Zhao, J.-H., 2014. THz pulsed spectroscopy of paraffin embedded brain glioma. J. Biomed. Opt., 19(7), id. 077001. DOI: https://doi.org/10.1117/1.JBO.19.7.07700126. Zubkov, A.N., 2005. Millimeter-range radio vision systems. University Bulletin. Radioelectronics, 48(9), pp. 3—16.27. Honcharuk, N.M., Karushkin, M.F., Malyshko, V.V., Orikhovsky, V.A., 2013. Gallium nitride diode with tunnel injection. Radiophys. Electron., 4(18)(3), pp. 69—78.28. Oh, S.J., Kang, J., Maeng, I., Suh, J.-S., Huh, Y.-M., Haam, S., Son,J.-H., 2009. Nanoparticle enabled-THz imaging for cancer diagnosis. Opt. Express., 17(5), pp. 3469—3475. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.17.00346929. Betsky, O.V., Kyslov, V.V., Kozmin, A.S., Krenitsky, A.P., Maiborodin, A.V., Tupikin, V.D., 2007. Terahertz waves and their applications. In: 17th Int. Crimean Conf. Microwave & Telecommunication Technology (CriMiCo 2007). Sevastopol, Crimea, Ukraine, 10—14 Sept. 2007. Sevastopol: Veber Publ., pp. 771—773. DOI: https://doi.org/10.1109/CRMICO.2007.436893630. Oh, S.J., Choi, J., Maeng, I., Park, J.Y., Lee, K., Huh, Y.M., Suh, J.S., Haam, S., & Son, J.H., 2011. Molecular imaging with THz waves. Opt. Express., 19(5), pp. 4009—4016. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.19.004009 Предмет і мета роботи. Терагерцевий (ТГц) діапазон має низку специфічних властивостей, які роблять його привабливим для фундаментальних і прикладних досліджень у галузі астрофізики, радіолокації, для розроблення систем безпеки, дослідження властивостей плазми, спектроскопії газів, у біології та медицині. Унаслідок малої енергії квантів терагерцеве випромінювання безпечне для живих організмів і може бути використане для виявлення патології та сторонніх утворень. У цьому діапазоні знаходяться лінії обертальних переходів молекул, у тому числі органічних, що відкриває можливості їх дослідження та селективного на них впливу. Широкосмугові когерентні імпульси цього випромінювання застосовують для визначення характерних спектральних особливостей різних молекул, покладеного в основу методів виявлення та ідентифікації небезпечних хімічних речовин і оцінки якості харчових та сільськогосподарських продуктів.Методи та методологія. Наводяться параметри приймальних пристроїв та чутливих елементів для виявлення та реєстрації випромінювання, у тому числі для створення приймальних пристроїв матричного типу для систем радіобачення. У роботі коротко описуються результати досліджень, виконаних авторами зі створення джерел випромінювання, та наводиться інформація, яка відображає стан та розвиток техніки ТГц-діапазону. Метою цієї роботи є визначення особливостей застосування ТГц-випромінювання у різних галузях науки і техніки, а також у біологічних дослідженнях та медицині.Результати. Прогрес у розвитку техніки ТГц-випромінювання залежить від розроблення простих та дешевих напівпровідникових джерел та приймачів у цьому діапазоні частот. Проблема створення високостабільних та когерентних джерел випромінювання ТГц-діапазону вирішується авторами з використанням радіоімпульсного перетворення частоти високої кратності на кремнієвих лавинно-пролітних структурах. Висока ефективність множення частоти таких приладів визначається, в основному, механізмом посилення в межах імпульсу струму через структуру діода та фазовою синхронізацією НВЧ-коливань гармоніками періодичної послідовності імпульсів струму. Для зменшення втрат у конструкціях джерел випромінювання їх коливальна система, яка містить напівпровідниковий активний елемент, створюється з використанням радіальних ліній відкритого типу.Висновки. У роботі показано, що подальший розвиток техніки ТГц-діапазону залежить насамперед від розроблення джерел випромінювання і приймачів з поліпшеними характеристиками. Зокрема розроблені генератори і помножувачі частоти на лавинно-пролітних діодах у діапазоні частот 100...350 ГГц з потужністю 10...30 Вт.Ключові слова: генератор, приймач, помножувач частоти, радіобачення, субміліметровий діапазон, терагерцевий діапазон, чутливий елементСтаття надійшла до редакції 26.08.2024Radio phys. radio astron. 2025, 30(1): 051-064БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Grigoriev A.D. Terahertz Electronics. Cambridge Scholars, 2020. 340 p.2. Taylor Z., Singh R.S., Bennett D.B., Tewari P., Kealey C., Bajwa N., Culjat M.O., Stojadinovic A., Lee H., Hubschman J.-P., Brown E., Grundfest W.S. THz medical imaging: in vivo hydration sensing. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. Vol. 1,Iss. 1. P. 201—219. DOI: 10.1109/TTHZ.2011.21595513. Ajito K., Ueno Y. THz chemical imaging for biological applications. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. Vol. 1, Iss. 1. P. 293—300. DOI: 10.1109/TTHZ.2011.21595624. Карушкін М.Ф. Можливості застосування терагерцевого діапазону радіохвиль. Матеріали науково-технічної конф. «Проблеми телекомунікації». Київ: НТУУ КПІ, 2011. С. 23—27.5. Schlecht E., Maiwald F., Chattopadhyay G., Martin S., Mehdi I. Design considerations for heavily-doped cryogenic Schottky diode varactor multipliers. Proc. 12th Int. Symp. Space Terahertz Technology. San Diego, USA, 2001. P. 485—494.6. Chattopadhyay G. Technology, capability, and performance of low power terahertz sources. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. Vol. 1, Iss. 1. P. 33—53. DOI: 10.1109/TTHZ.2011.21595617. Карушкін М.Ф. Твердотільні пристрої та компоненти міліметрового діапазону довжин хвиль. Прикладна радіоелектроніка. 2002. Т. 1, No 1. С. 77—81.8. Rolland P.A., Waterkowski J.L., Constant E., Salmer G. New model of operation for avalanche diodes: frequency multiplication and conversion. IEEE Trans. MTT. 1976. No 11. P. 768—775.9. Державне підприємство «Оріон». Київ. Україна. URL: http://www.orion.org.ua10. Карушкін М.Ф. Помножувачі частоти міліметрового діапазону на основі напівпровідникових діодних структур. Технологія та конструювання в електронній апаратурі. 2018. No3. С. 22—37.11. Karasik B.S., Sergeev A.V., Prober D.E. Nanobolometers for THz photon detection. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. Vol. 1, Iss. 1. P. 97—111. DOI: 10.1109/TTHZ.2011.215956012. Insight Product Co. Terahertz Hot Electron Bolometer Detectors from 0.3 to 150 THz. 2011. URL: http://www.insight-product.com/detect3.htm13. Сізов Ф.Ф., Апатська М.В., Гуменюк-Сичівська Ж.В. Багатоелементні приймачі терагерцевого випромінювання на CdHgTe. Прикладна фізика. 2011. No3. С. 61—66.14. Reck T.J., Jung-Kubiak C., Gill J., Chattopadhyay G. Measurement of silicon micro machined waveguide components at 500—750 GHz. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2014. Vol. 4, Iss. 1. P. 33—48. DOI: 10.1109/TTHZ.2013.228253415. Fitzgerald A.J., Wallace V.P., Jimenez-Linan M., Bobrow L., Pye R.J., Purushotham A.D., Arnone D.D. Terahertz pulsed imaging of human breast tumors. Radiology. 2006. Vol. 239, Iss. 2. P. 533—540. DOI: 10.1148/radiol.239204131516. Saviz M., Spathmann O., Streckert J., Hansen V., Clemens M., Faraji-Dana R. Theoretical estimation of safety thresholds for terahertz exposure of surface tissues. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2013. Vol. 3, Iss. 5. P. 635—640. DOI: 10.1109/TTHZ.2013.226432717. Mittlemon D., ed. THz imaging in sensing wish THz radiation. Berlin, Germany: Springer-Verlag, 2003. P. 117—153. DOI: 10.1007/978-3-540-45601-818. Woodward R.M., Wallace V.P., Cole B.E., Pye R.J., Arnone D.D., Linfield E.H., Pepper M. Terahertz pulse imaging in reflection geometry of skin tissue using time domain analysis techniques. Proc SPIE, Int. Soc. Opt. Eng. 2002. Vol. 4625.P. 160—169. DOI: 10.1117/12.46978519. Fitzgerald A.J., Berry E., Zinov’ev N.N., Homer-Vanniasinkam S., Miles R.E., Chamberlain J.M., and Smith M.A. Catalogue of human reissue optical properties at terahertz frequencies. J. Biol. Phys. 2003. Vol. 29, Iss. 2—3. P. 123—128. DOI:10.1023/A:102442840621820. Sirotkina M.A., Shirmanova M.V., Bugrova M.L., Elagin V.V., Agrba P.A., Kirillin M.Yu., Kamensky V.A., Zagaynova E.V. Continuous optical coherence tomography monitoring of nanoportieles accumulation in biological tissues. J. Nanopart.Res. 2011. Vol. 13, Iss. 1. P. 283—291. DOI: 10.1007/s11051-010-0028-x21. Son J. THz electromagnetic interactions with biological matter and their applications. J. Appl. Phys. 2009. Vol. 105, Iss. 10. Id. 102033. DOI: 10.1063/1.311614022. Vegesna S., Zhu Y., Bernussi A., Saed M. Terahertz two-layer frequency selective surfaces with improved transmission characteristics. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2012. Vol. 2, Iss. 4. P. 441—448. DOI: 10.1109/TTHZ.2012.220203523. Ajito K., Kim J.-Y., Ueno Y., Song H.-J., Ueda K., Limwikrant W., Yamamoto K., and Moribe K. Nondestructive Multicomponent THz Chemical imaging of Medicine in Tablets. J. Electrochem. Soc. 2014. Vol. 161, Iss. 9. P. B171—B175. DOI:10.1149/2.0201409jes24. Fedorov V.I., Serdyukov D.S., Cherkasova O.P., Popova S.S., and Nemova E.F. The infl uence of terahertz radiation on the cell’s genetic apparatus. J. Opt. Technol. 2017. Vol. 84, Iss. 8. P. 509—514. DOI: 10.1364/JOT.84.00050925. Meng K., Chen T.-N., Chen T., Zhu L.-G., Liu Q., Li Z., Li F., Zhong S.-C., Li Z.-R., Feng H., and Zhao J.-H. THz pulsed spectroscopy of paraffin embedded brain glioma. J. Biomed. Opt. 2014. Vol. 19, Iss. 7. Id. 077001. DOI: 10.1117/1.JBO.19.7.07700126. Зубков А.Н. Системи радіобачення міліметрового діапазону. Вісті вузів. Радіоелектроніка (Україна). 2005. T. 48, No 9. С. 3—16.27. Гончарук Н.М., Карушкін М.Ф., Малишко В.В., Оріхівський В.А. Нітрідгаллієвий діод з тунельною інжекцією. Радіофізика та електроніка. 2013. Т. 4(18), No 3. C. 69—78.28. Oh S.J., Kang J., Maeng I., Suh J.-S., Huh Y.-M., Haam S., Son J.-H. Nanoparticle enabled-THz imaging for cancer diagnosis. Opt. Express. 2009. Vol. 17, Iss. 5. P. 3469—3475. DOI: 10.1364/OE.17.00346929. Бецький О.В., Кислов В.В., Козьмін А.С., Креницький А.П., Майбородін А.В., Тупікін В.Д. Терагерцеві хвилі та їх застосування. 17-я Міжнародна Кримська конференція «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології» (КриМі-Ко 2007). Севастополь, Крим, Україна, 10—14 вер. 2007. Севастополь: Вебер, 2007. С. 771—773.30. Oh S.J., Choi J., Maeng I., Park J.Y., Lee K., Huh Y.M., Suh J.S., Haam S., & Son J.H. Molecular imaging with THz waves. Opt. Express. 2011. Vol. 19, Iss. 5. P. 4009—4016. DOI: 10.1364/OE.19.004009 Видавничий дім «Академперіодика» 2025-03-18 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1463 10.15407/rpra30.01.051 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 30, No 1 (2025); 51 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 30, No 1 (2025); 51 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 30, No 1 (2025); 51 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra30.01 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1463/pdf Copyright (c) 2025 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |